空氣的組成:地球大氣中各氣體的百分比

海平面的乾空氣是多種氣體的混合物,主要是氮氣和氧氣。圖表顯示各氣體的化學式及其體積百分比。

氮 — 78.084% 氧 — 20.946% 氬 — 0.934% 其他 — 0.036%
名稱Formula% 體積
氮N₂78.084
氧O₂20.946
氬Ar0.934
二氧化碳CO₂0.042
氖Ne0.001818
氦He0.000524
甲烷CH₄0.00019
氪Kr0.000114
氫H₂0.00005

海平面的乾空氣。水蒸氣約在 0–4% 之間變動。二氧化碳每年大約增加 2–3 ppm。

這張圖表顯示什麼

氮氣(N₂)佔乾空氣的 78.084%,氧氣(O₂)佔 20.946%,兩者合計約 99%。氬(Ar)佔 0.934%,幾乎是其餘的全部。二氧化碳約為 0.042%,即百萬分之 420(ppm),而氖、氦、甲烷、氪和氫只有微量。

如何解讀百分比

這些數值是體積百分比。對氣體而言,體積百分比等於莫耳百分比,因為在相同溫度和壓力下,相同體積的氣體含有相同數量的分子。這些數字是乾空氣的;實際的空氣還含有從幾乎 0% 到約 4% 的水蒸氣,會使其他百分比略微降低。

為何組成很重要

氧氣支持呼吸和燃燒,氮氣則將它稀釋;火在純氧中燃燒得猛烈得多。氬不具反應性,所以在焊接時用來保護金屬。它之所以含量多,是因為岩石中的鉀-40 會慢慢衰變成氬-40。

二氧化碳和甲烷只佔很小的比例,但它們是會困住熱量的溫室氣體,而二氧化碳每年增加約 2 至 3 ppm,主要來自燃燒化石燃料。工業上把空氣冷卻到液化,再蒸餾,以分離氮氣、氧氣和氬。

演算範例

道耳頓定律指出,每種氣體對總壓力的貢獻與其所佔比例成正比。在海平面 101.325 kPa 的壓力下,氧氣的分壓是 0.20946 × 101.325 kPa = 21.22 kPa。同樣地,10.0 L 的乾空氣樣品含有約 7.81 L 的氮氣、2.09 L 的氧氣和 0.0934 L 的氬。

常見問題

空氣中有百分之多少是氧氣?

氧氣佔乾空氣體積的 20.946%,通常四捨五入為 21%。在聖母峰頂這個比例幾乎相同;隨海拔降低的是總壓力,所以每次呼吸吸入的氧氣較少。

大氣中含量最多的氣體是什麼?

氮氣 N₂,佔乾空氣體積的 78.084%。它相當不活潑,因為連接兩個原子的參鍵非常強。

空氣的莫耳質量是多少?

乾空氣的平均莫耳質量約為 28.97 g/mol,是以每種氣體的莫耳分率對其莫耳質量加權得出的。莫耳質量較低的氣體,如 4.003 g/mol 的氦,會在空氣中上升。

空氣是化合物還是混合物?

空氣是混合物。其中的氣體彼此之間沒有化學鍵結,組成會變動(例如水蒸氣),而且可以用物理方法分離,如液態空氣的分餾。